Enunciado

Encontre os valores máximos e mínimos absolutos de f no conjunto D .

f x , y = x 3 - 3 x - y 3 + 12 y ,

D é um quadrilátero com vértices:

( - 2,3 ) , ( 2,3 ) , ( 2,2 ) e ( - 2 , - 2 )

Passo 1

Oie, vamos de resolução hoje.

Aqui a gente tem a função:

f x , y = x 3 - 3 x - y 3 + 12 y

Neste exercício, precisamos encontrar e classificar os pontos críticos da função dentro de um conjunto D :

D é um quadrilátero com vértices:

( - 2,3 ) , ( 2,3 ) , ( 2,2 ) e ( - 2 , - 2 )

Abaixo a gente pode ver a região que estamos trabalhando:

Para determinar os valores máximo e mínimo absolutos de uma função contínua f em um conjunto fechado e limitado D :

1. Determine os valores de f nos pontos críticos de f em D .

2. Determine os valores extremos de f na fronteira de D .

3. O maior dos valores dos passos 1 e 2 é o valor máximo absoluto; o menor desses valores é o valor mínimo absoluto

Passo 2

Bom galera, vamos começar calculando os pontos críticos que são encontrando em:

f x = 0

f y = 0

Pegando as derivadas parciais são:

f x , y = x 3 - 3 x - y 3 + 12 y

f x = 3 x 2 - 3

Encontrando suas raízes:

x = ± 1

E agora iremos encontrar f y :

f y = - 3 y 2 + 12 = 0

E suas raízes:

y = ± 2

Com isso, temos os pontos críticos:

( 1,2 ) , ( 1 , - 2 ) , ( - 1,2 ) e ( - 1 , - 2 )

Vamos olhar quais pontos estão dentro da região D :

São os pontos:

( - 1,2 ) e ( 1,2 )

Passo 3

Beleza, vamos calcular a função nesses pontos:

f x , y = x 3 - 3 x - y 3 + 12 y

f - 1,2 = - 1 3 - 3 - 1 - 2 3 + 12 2

f - 1,2 = 14

E para o segundo ponto:

f 1,2 = 1 3 - 3 1 - 2 3 + 12 2

f 1,2 = 18

Passo 4

Agora vamos testar também as fronteiras do nosso intervalo. A primeira fronteira é dada pela equação e intervalo:

x = 2   ; y = y   2 ≤ y ≤ 3

Nesse ponto da fronteira temos que:

f 2,2 = 18

E

f 2,3 = 11

E no ponto crítico nessa fronteira:

f 2 , y = 2 3 - 3 2 + y 3 + 12 y

Calculando a derivada:

f ' y = - 3 y 2 + 12

Calculando o zero:

y = ± 2

Então desde que 2 ≤ y ≤ 3 então:

y = 2

E

f 2,2 = 18

Passo 5

Agora pra o intervalo x = x , y = 3 na fronteira - 2 ≤ x ≤ 2 :

Nesse ponto da fronteira:

f - 2,3 = 7

E no outro extremo:

f 2,3 = 1

Agora iremos calcular o ponto crítico:

f x , 3 = x 3 - 3 x - 3 3 + 12 3

Calculando a derivada:

f ' x = 3 x 2 - 3

Calculando o ponto crítico:

3 x 2 - 3 = 0

x = ± 1

E agora vamos encontrar o valor da função no ponto crítico que encontramos:

f 1,3 = 7

E

f - 1,3 = 11

Passo 6

Agora na fronteira x = - 2 , y = y no intervalo - 2 ≤ y ≤ 3 , teremos:

Nos pontos extremos da fronteira:

f - 2,3 = 7

E

f - 2 , - 2 - 18

E iremos encontrar os pontos críticos:

f - 2 , y = - 2 3 - 3 - 2 + 12 y

Calculando o ponto crítico:

f ' y = - 3 y 2 + 12

- 3 y 2 + 12 = 0

Temos então que a raiz é:

y = ± 2

E agora a gente encontra o valor da função nesses pontos críticos:

f - 2 , - 2 = - 18

E

f - 2,2 = 14

Vamos para o último valor da fronteira, x = x   ; y = y no intervalo - 2 ≤ x ≤ 2 :

Vamos encontrar apenas os pontos críticos pois na fronteira desse intervalo a gente já calculou:

f x , x = x 3 - 3 x - x 3 + 12 x

Calculando a derivada:

f ' = 9

E então aqui não temos candidatos para máximos ou mínimos.

Então, por todos os valores que encontramos, temos que:

Minimo: - 18

Máximo: 18

Resposta

Minimo: - 18

Máximo: 18

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